Червоточина — это специальное решение уравнений, описывающих общую теорию относительности Эйнштейна, которое соединяет две удаленные точки в пространстве или времени через туннель. В идеале длина этого туннеля короче, чем расстояние между этими двумя точками, что делает червоточину своего рода кратчайшим путем. Хотя червоточины являются одним из основных элементов научной фантастики и захватили общественное воображение, насколько нам известно, червоточины являются лишь гипотетическими. Это законные решения общей теории относительности, но ученые так и не придумали способ поддерживать стабильную червоточину в реальной Вселенной.
Кто открыл червоточины?
Простейшее возможное решение червоточины было обнаружено Альбертом Эйнштейном и Натаном Розеном в 1935 году, поэтому червоточины иногда называют «мостами Эйнштейна-Розена». Эйнштейн и Розен начали с математического решения черной дыры, состоящей из сингулярности (точки бесконечной плотности) и горизонта событий (области, окружающей эту сингулярность, за пределы которой ничто не может выйти). Согласно «Физике Вселенной», они обнаружили, что могут расширить это решение, включив в него полярную противоположность черных дыр: белые дыры.
Эти гипотетические белые дыры также содержат сингулярность, но они действуют в обратном направлении по отношению к черной дыре: ничто не может проникнуть за горизонт событий белой дыры, и любой материал внутри белой дыры немедленно выбрасывается.
Эйнштейн и Розен обнаружили, что теоретически каждая черная дыра связана с белой дырой. Поскольку две дыры будут существовать в разных местах в космосе, туннель — червоточина — соединит два конца.
Что делает червоточину проходимой?
Однако червоточина, созданная из пары черных и белых дыр, не будет очень полезной. Во-первых, белые дыры были бы нестабильны. Если вы бросите частицу к горизонту событий белой дыры, частица никогда не достигнет горизонта событий, потому что ничто не может проникнуть в белую дыру. Таким образом, по словам физика из Университета Колорадо Эндрю Гамильтона, энергия системы будет продолжать расти до бесконечности, в конечном итоге взорвав белую дыру .
Во-вторых, даже если бы белые дыры могли существовать, единственный способ попасть в такую червоточину — это пересечь горизонт событий черной дыры с другой стороны. Но как только объект пересек горизонт событий, он уже никогда не мог покинуть его. Таким образом, объекты могли войти в червоточину, но никогда не выбраться наружу.
Наконец, сами червоточины будут нестабильны. По данным Европейской южной обсерватории, один фотон или частица света, пройдя через туннель червоточины, внесет в систему столько энергии, что туннель разорвется, разрушив червоточину .
Однако в 1970-х годах физики разработали математические расчеты, необходимые для создания стабильной или «проходимой» червоточины, по словам физика Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Диандиана Ванга. Хитрость заключается в том, чтобы переместить вход в туннель червоточины за горизонт событий черной дыры и стабилизировать сам туннель, чтобы материя, проходящая через него, не вызвала немедленного катастрофического коллапса.
Ключевым ингредиентом для стабилизации червоточин является так называемая экзотическая материя или некоторая форма материи с отрицательной массой. К несчастью для таких червоточин, ученые так и не нашли доказательств отрицательной массы, и это нарушило бы закон сохранения импульса, который гласит, что импульс должен оставаться постоянным, если не применяется никакая сила; объект с отрицательной массой, помещенный рядом с объектом с положительной массой, немедленно ускорится без источника энергии.
Как выглядят червоточины?
Если бы такая червоточина действительно существовала, это выглядело бы очень странно. Вход будет сферой, похожей на поверхность планеты. Если бы вы посмотрели в него, вы бы увидели свет, идущий с другой стороны. Туннель червоточины может быть любой длины, и, путешествуя по туннелю, вы будете видеть искаженные изображения области вселенной, из которой вы прибыли, и области, в которую вы направляетесь.
Червоточины и путешествия во времени
Теоретически червоточина также может действовать как машина времени. Специальная теория относительности утверждает, что движущиеся часы идут медленно. Другими словами, кто-то, кто мчится почти со скоростью света, не будет продвигаться в свое будущее так же быстро, как тот, кто стоит на месте.
Если бы ученые могли каким-то образом сконструировать червоточину, изначально два конца были бы синхронизированы во времени. Но если бы один конец затем разогнался почти до скорости света, этот конец начал бы отставать от другого конца. По словам физика Массачусетского технологического института Эндрю Фридмана, два входа затем можно было бы соединить вместе, но тогда один из входов оказался бы в прошлом по отношению к другому .
Чтобы отправиться в прошлое, нужно просто пройти через один конец. Когда вы выйдете из червоточины, вы окажетесь в своем собственном прошлом.
Как образуются червоточины?
В настоящее время нет известного способа построить червоточину, и червоточины являются чисто гипотетическими. Хотя экзотическая материя вряд ли существует, может быть другой способ стабилизировать червоточины: отрицательная энергия.
Вакуум пространства-времени заполнен квантовыми полями, фундаментальными квантовыми строительными блоками, порождающими силы и частицы, с которыми мы сталкиваемся, и эти квантовые поля обладают собственным количеством энергии. Можно построить сценарии, в которых квантовая энергия в определенной области ниже, чем в ее окружении, что делает эту энергию отрицательной на локальном уровне. Такая отрицательная энергия существует в реальном мире в виде эффекта Казимира, при котором отрицательные квантовые энергии между двумя параллельными металлическими пластинами заставляют пластины притягиваться, по словам математика Риверсайда из Калифорнийского университета Джона Баэза.
Но никто не знает, можно ли использовать эту отрицательную квантовую энергию для стабилизации червоточины. Это может быть даже не «правильный» вид отрицательной энергии, поскольку он отрицателен только по отношению к своему окружению, а не в абсолютном смысле.
Червоточины могут естественным образом возникать в микроскопических масштабах в квантовой пене, бурлящая природа пространства-времени на самых крошечных масштабах из-за тех же самых квантовых энергий. В этом случае червоточины могут постоянно появляться и исчезать. Но опять же, неясно, как «увеличить» эти червоточины до размеров, достаточно больших, чтобы вы могли пройти через них, и сохранить их стабильность.
Поддержите канал лайком! Подписывайтесь - Вам у нас понравится!
#космос #гипотезы #червоточина #альберт эйнштейн #пространство #время #космос исследования #пространство и время #вселенная #черные дыры